Hybrid :: CG 2. Lighting

HDR 이라는 단어는 사진 기술에도 많이 사용합니다. 물론 이번 글은 사진 기술 설명이 목적은 아닙니다만, 사진 기술에서의 HDR 을 이해하는 것은 컴퓨터 그래픽 작업에도 큰 도움이 되기 때문에 사진 기술을 설명하는 것으로 시작하겠습니다.

이번 글은 볼게 많아요!! (그래봤자 내가 만든건 아니지만 -ㅅ-;)

컴퓨터 그래픽에서 HDR 기술을 이용한다는 것은 보통 좀 더 사실적인 결과를 보여줍니다. 반면, 사진 기술에서 HDR 은 왠지 모르게 더 그림 같은 결과를 보여주는데요. 사실 실제로 방법이 서로 정 반대입니다.

HDR 처리를 한 사진들을 보시죠. 그림의 출처는 http://www.flickr.com/groups/hdr/. (아래 이미지들은 클릭하면 살짝 커짐)

Flickr 링크

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딱 보면, 그림 같다.. 라는 생각이 듭니다. 물론 어느정도 후보정을 했는지도 모르지만, 기본적으로 그림 같다는 느낌은 공통적으로 있습니다.

사진 기술이나 HDR 에 대해서 잘 모르는 사람이라면, 단순히 '뽀샵질 좀 했구만' 라고 생각하고 말텐데, 근본적인 원인은 HDR 기술입니다. 보통은 HDR Imaging이라고 하지요.

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이 사진에서 구름을 잘 보세요. 밝은 날인데도 구름의 명암이 잘 구분되지 않습니까?

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이 사진은 분명 야경인데 건물들도 잘 보이고, 불빛들도 그렇게 밝아 보이지 않습니다(적당히 멋있을 정도로만 밝죠. 일반적으로 카메라로 찍으면 Cross 효과라던지 하는 빛의 번짐 효과가 매우 강하게 나타납니다.).

카메라 찍는 것을 좋아하시는 분들은 다 노출(Exposure)이 얼마나 중요한지 아실겁니다. 노출은 얼마나 카메라 렌즈를 열어 두느냐를 뜻하는 것입니다. 다들 아시는 내용이겟지만, 전혀 모른다 생각하고 설명하겠습니다.

노출을 길게 하면, 사진이 전체적으로 밝아집니다. 이 때문에 어두운 부분은 구별이 잘 가지만, 밝은 부분들은 잘 분간이 안갑니다.
반대로 노출을 짧게 하면, 사진이 전체적으로 어두워집니다. 반대로 밝은 부분은 구별이 잘 가지만, 어두운 부분들은 잘 분간이 안갑니다.

이 둘을 짬뽕 시킨 것이 바로 HDR 입니다. 1번 사진은 어두운 부분에 좋고, 2번 사진은 밝은 부분에 좋으니까, 적절하게 섞으면 모두 잘 보이는 것이죠.

위키피디아(HDR Imaging)에 역시 좋은 예시가 있습니다. HDR 이미지를 위해 무려 사진을 4개를 썼습니다.

여기서 근본적인 물음은 이겁니다.

왜 HDR 사진은 그림처럼 보일까?

그림으로 쉽게 알아보겠습니다. 원래는 그래프로 그려야 하나 일단은 대략적인 그림만 그렸습니다.

일종의 그래프라고 보시면 됩니다. 가로 축은 빛의 실제 세기입니다. 엄청 어두운 것부터 엄청 밝은 것까지 표시 되어 있는 것입니다. 물론 오른쪽이 밝은 것이죠. 오른쪽의 물체는 밝고, 왼쪽의 물체는 어둡습니다.

예를 들어서 카메라에서 노출을 아주 밝게 하면(높게 하면) 다음과 같이 보일겁니다.

높은 노출값

어두운 곳을 최대한 밝게 보게 하는 것이죠. 반면 카메라의 노출을 아주 어둡게 하면(낮게 하면) 다음과 같이 보일겁니다.

낮은 노출값

결국 노출보다 밝은 부분은 너무 밝아서 구별이 잘 가지 않고, 노출보다 어두운 부분은 또 너무 어두워서 구별이 가지 않습니다.

카메라가 보는 범위

좀 극단적으로 생각하면 카메라의 식별 법위는 위와 같습니다. 매우 좁습니다.

사람이 보는 범위

사람의 식별 범위는 이렇듯 카메라보다는 많이 넓습니다.

HDR 이미지가 가지는 범위

HDR 의 범위는 상식(?)을 벗어나구요.

우리 눈도 카메라와 비슷한 역할을 합니다. 바로 동공의 크기 변화가 카메라의 노출 조절과 대응 되는 것이죠. 한번에 잘 볼 수 있는 영역을 비교하면 다음과 같습니다.

HDR 이미지 >> 사람 눈 >> 카메라

카메라로 찍은 사진이 눈으로 보는 것과 다른건 단순히 색감 뿐만은 아닌것이죠. 이러한 노출의 범위가 큰 영향을 끼칩니다. 차이점이 있다면, 카메라는 사람 마음대로 조절할 수 있는 반면, 사람의 동공은 마음대로 안됩니다. 눈을 찌푸리는 정도는 할 수 있지만, 그렇게 엄청난 영향을 주진 않습니다.

결국 카메라로 찍은 사진을 적절하게 HDR 로 조합하면 사람 눈이 보는 것과 비슷한 정도로 만들 수 있을 겁니다. 하지만, 위의 사진들 처럼 광범위하게 사진들을 조합하면, 아에 그림 같은 HDR 이미지가 되는 것이죠. 즉, 이 범위를 조절하는 것에 따라서 그림 같을 수도 있고, 사실 적일 수도 있고, 사진 같을 수도 있는겁니다.

이 개념을 그대로 CG 에 가져와서 사용하면 됩니다. HDR 이미지가 그림 같이 보이니까, CG 를 다루는 사람들은 왜 HDR 이미지가 그림 같이 보이지는지를 살펴보고 반대로 적용하면 되는거죠.

이전 글에서 말했듯, 렌더링에서 빛의 세기는 기본적으로 0 과 1 사이의 값을 가지고 있습니다. 이 좁은 범위에서 각각의 물체를 그냥 그려버리면 전부다 잘 보이게 되는 것이죠. 전부다 잘 보인다는 말은 HDR 사진처럼 특별히 어둡거나 특별히 밝은 부분이 없이 비슷비슷하게 보인다는 말입니다. 따라서 사진은 HDR 이미지를 만들기 위해서 별도의 작업을 해야하지만, 컴퓨터 그래픽에서는 HDR 이미지부터 시작한다고 보면 쉽습니다.

아, 물론 생각만 하는건 쉽죠-_

HDR 과 관련된 추천하는 참고 자료 등은 다음 글에서 쏟아내겠습니다. 좋은 논문들 많아요~ 후훗.